高考化学一轮复习专题13 电化学综合应用.docx

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高考化学一轮复习专题13电化学综合应用

专题13电化学综合应用

2017年化学高考题

1.【2017年高考江苏卷】铝是应用广泛的金属。

以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2 和Fe2O3 等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注:

SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3 溶液，溶液的pH　　　　（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是　　　　　　　　　　　。

（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3 溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为　　　　　　　　，阴极产生的物质A的化学式为　　　　。

（5）铝粉在1000℃时可与N2 反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是　。

【答案】

（1）Al2O3+2OH-

2AlO2-+H2O

（2）减小（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（4）4CO32–+2H2O-4e-

4HCO3–+O2↑　H2

（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

【解析】本题考查由铝土矿制备铝的工艺流程。

（1）Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。

（2）加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。

（3）电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。

（4）阳极上OH-失去电子生成O2，由H2O电离出的H+可以与CO32–反应生成HCO3–。

阴极上H2O放电生成H2。

2.【2017年高考天津卷】某混合物浆液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。

考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。

回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。

固体混合物分离利用的流程图

Ⅰ.固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）

（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为　　　　，B→C的反应条件为　　　　，C→Al的制备方法称为　　　　。

（2）该小组探究反应②发生的条件。

D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。

由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）　　　　。

a.温度　　　b.Cl-的浓度　　　c.溶液的酸度

（3）0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　。

Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用

（4）用惰性电极电解时，CrO42–能从浆液中分离出来的原因是　　　　，分离后含铬元素的粒子是　　　　；阴极室生成的物质为　　　　（写化学式）。

【答案】

（1）

加热（或煅烧）　电解法

（2）ac

（3）2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）

TiCl4（l）+2CO（g）　ΔH=-85.6kJ·mol-1

（4）在直流电场作用下，CrO42–通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO42–和Cr2O72–　NaOH和H2

【解析】本题考查化工流程分析、热化学方程式书写及电解原理等。

（1）NaOH由Na+和OH-构成，电子式为

。

根据题中图示转化关系，向溶液A中通入CO2，发生反应:

NaAlO2+2H2O+CO2

Al（OH）3↓+NaHCO3，沉淀B为Al（OH）3，固体C为Al2O3，B→C的反应条件为加热或煅烧，Al2O3→Al的制备方法为电解熔融氧化铝。

（2）根据“D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成”知温度对反应有影响；滴加硫酸，引入H+，又产生Cl2，说明溶液的酸度对反应有影响。

（3）该还原性气体为CO，易水解生成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4，反应的化学方程式为2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）

TiCl4（l）+2CO（g），结合题意知ΔH=-

×2=-85.6kJ·mol-1。

（4）题图2中电解分离装置采用离子交换膜，根据电解时阴离子向阳极移动，则在直流电场作用下，CrO42–通过阴离子膜向阳极室移动，脱离浆液。

在阳极室，CrO42–发生可逆反应:

2CrO42–+2H+

Cr2O72–+H2O，故分离后含铬元素的粒子是CrO42–、Cr2O72–。

在阴极室，H2O放电:

2H2O+2e-

H2↑+2OH-，c（OH-）增大，且Na+向阴极室移动，故阴极室生成的物质为NaOH、H2。

2016-2013年化学高考题

1．【2015上海化学】（12分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。

（2）离子交换膜的作用为、。

（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。

（选填“a”、“b”、“c”或“d”）

（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

写出该反应的化学方程式。

（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。

已知：

H2SO3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7

HClOKi1=2.95×10-8

H

2CO3Ki1=4.3×10-7Ki2=5.6×10-11

【答案】

（1）2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）ad

（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4===2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O

（5）大于SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–

【解析】

（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。

产生Cl2。

反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）图中的离子交换膜只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样阻止了OH—进入阳极室，阻止Cl—进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。

同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应及时补充。

精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断被消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。

（4）KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：

2KClO3+H2C2O4+2H2SO4===2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O。

（5）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c（OH-）>c（H+），所以溶液显碱性。

形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。

消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。

由于H2SO3的Ki2=1.02×10-7；HClO的Ki1=2.95×10-8，所以酸性：

HSO3->HClO，因此溶液的pH:

NaClO>Na2SO3。

由于电离程度：

H2SO3>H2CO3>HSO3->HCO3-，浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：

CO32–>SO32–，所以离子浓度：

SO32–>CO32–；水解产生的离子浓度：

HCO3->HSO3-。

但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。

所以在该溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

【考点定位】考查电解原理的应用、氧化还原反应方程式的书写、电离平衡常数在比较离子浓度大小的应用的知识。

【名师点睛】氧化还原反应、电解原理、弱电解质的电离平衡理论、盐的水解、离子浓度大小比较是中学化学中的重要知识和理论，要掌握其反应原理、规律、方法、比较依据，再结合实际情况，进行正确的判断，得到相应的答案。

2．【2015北京理综化学】（节选）研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

（4）利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。

结合方程式简述提取CO2的原理：

。

用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。

处理至合格的方法是。

【答案】（4）①a室：

2H2O-4e－=== O2↑+4H+，H+通过阳离子膜进入b室，发生反应：

HCO3－+H+===CO2↑+H2O。

 ②c室的反应：

2H2O+2e-===2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH 

【解析】（4）海水pH＞8，显碱性，需要H+中和来降低海水的碱性，a室发生阳极反应：

2H2O-4e－=== O2↑+4H+，c（OH—）下降，水电离平衡右移，c（H+）增大，H+从a室进入b室，发生反应：

HCO3－+H+===CO2↑+H2O。

②

c室的反应：

2H2O+2e-===2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH 。

【考点定位】考查化学平衡移动、电解等。

【名师点晴】本题以CO2在海洋中的转移和归宿为素材，考查有关化学反应原理知识，难度不大，要求学生掌握弱电解质的电离、化学方程式的书写以及利用守恒观点配平方程式，第（4）问利用电化学利用理论从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量，体现了化学与环境保护、理论与实际相结合的特点。

3．【2015北京理综化学】（15分）为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-

2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。

实验如下：

（1）待实验

溶液颜色不再改变时，再进行实验

，目的是使实验

的反应达到。

（2）

是

的对比试验，目的是排除有

中造成的影响。

（3）

和

的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向Fe3+转化。

用化学平衡移动原理解释原因：

。

（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测

中Fe2+向Fe3+转化的原因：

外加Ag+使c（I—）降低，导致I-的还原性弱于Fe2+，用右图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

K闭合时，指针向右偏转，b作极。

当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。

（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了

中Fe2+向Fe3+转化的原因，